[發明專利]具有分叉孔道結構的分離膜及其制備方法

在審

• 申請號: 201911069519.4
• 申請日: 2019-11-05
• 公開（公告）號: CN110813108A
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發明（設計）人: 董德華;趙志博;葉正茂
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: B01D71/68
• 分類號: B01D71/68;B01D71/64;B01D71/42;B01D71/32;B01D71/16;B01D67/00
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 孔娟

本發明技術屬于膜技術領域，尤其涉及一種具有分叉孔道結構的分離膜制備方法及其應用,該分離膜可以應用于工業分離，包括液?液分離，固?液分離，氣?固分離等，具體應用包括（不限于）油水分離、污水處理、海水淡化、制藥、飲料和酒生產、工業尾氣處理等。一種具有分叉孔道結構分離膜，所述分叉孔結構分離膜的分離層厚度為1?5 μm，膜下表面的開孔是孔徑為10?200 μm，自下往上孔道逐漸分叉成小的孔道，最終在靠近分離層處的孔徑為0.5?10 μm。本發明利用相轉變形成厚度為1?5 μm的皮層作為多孔分離層，與現有的微通道膜和非對稱膜相比，分離層厚度減少至不到原來的1/10，大大降低了分離層的過濾阻力。

技術領域

本發明技術屬于膜技術領域，尤其涉及一種具有分叉孔道結構的分離膜及其制備方法, 該分離膜可以應用于工業分離，包括液-液分離，固-液分離，氣-固分離等，具體應用包括（不限于）油水分離、污水處理、海水淡化、制藥、飲料和酒生產、工業尾氣處理等。

背景技術

膜分離是利用對膜孔徑大小的控制來實現液體或固體從液體或氣體中的過濾分離。分離膜的結構根據功能要求分為分離層和支撐層：分離層具有可控大小的孔，對液體或固體進行過濾分離，由于分離層有較大的流體透過阻力和較高的制備成本，一般分離層較薄（10-100 μm）；支撐層支撐分離層，提供膜所需的機械強度（厚度為1-3 mm），并提高液體或氣體通過的通道。所以支撐體的孔結構決定了過濾阻力。比如，傳統的陶瓷分離膜支撐體是采用造孔劑來增加孔隙率，減少過濾阻力。但是顆粒狀造孔劑形成的孔道是彎曲，不僅增加傳輸距離（5-20倍），而且流體在傳輸過程中頻繁改變方向，大大地增加了過濾阻力。公開號為CN105188893B的發明專利公開了帶通道的制品及其制造方法，該專利利用帶有網格的篩網做模板，引導和規范相轉變過程中指狀孔的形成，從而形成微通道結構，移去篩網帶走篩網上面的皮層，將微通道打開。在膜的另一側是具有傳統結構的多孔層（彎曲的孔道），這個多孔層厚度在10-1000 μm，一般100 μm左右；公開號為CN103638826B的發明專利公開了一種非對稱陶瓷分離膜及其制備方法，該專利公開的非對稱陶瓷膜是在陶瓷漿料層上面流延一層石墨層，相轉變完成后，在漿料層形成指狀孔，將石墨層燒掉后，指狀孔打開。在膜的另一側是10-1000 μm的多孔層。這兩個專利都是利用相轉變在陶瓷膜中形成的微通道或指狀孔，在膜的另一側有10-1000 μm的多孔層，這個多孔層像傳統的多孔結構限制了進一步減少流體在陶瓷膜中的過濾阻力。

目前公開的具有樹枝狀孔結構的氧分離陶瓷膜(Journal of Membrane Science541 (2017) 653–660)和固體氧化物燃料電池陽極（International Journal of HydrogenEnergy, 43 (2018), 17849-17856），這兩個膜都在膜的另一側是致密功能層，用于離子傳輸，不能用于過濾分離。

發明內容

為改善現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供了一種具有分叉孔道結構分離膜，該分離膜的分叉孔結構分離膜能夠降低膜分離中的傳質阻力和生產能耗。

本發明的另一目的是提供了上述分離膜的制備方法，所述制備方法操作簡單，有效提高了流體在支撐層的傳質速率，降低流體在支撐層中傳質阻力。

為實現上述發明目的，本發明采用以下技術方案：

一種具有分叉孔道結構分離膜，所述分叉孔結構分離膜的分離層厚度為1-5 μm，膜下表面的開孔是孔徑為10-200 μm，自下往上孔道逐漸分叉成小的孔道，最終在靠近分離層處的孔徑為0.5-10 μm。

一種上述分離膜的制備方法，采用以下步驟：

（1）將聚合物、溶劑、分散劑和膜材料粉體混合形成可以澆注的均勻漿料；

（2）在上下兩個模具間放置篩網，將漿料澆注到模具中，在漿料上面加入絮凝劑進行相轉變得到膜坯體；